CN114137356A - 一种直流输电线路测距方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流输电线路测距方法及系统，属于电力系统继电保护技术领域。本发明采集线路单端所获得的电压信号并计算电压信号的变化量；对电压信号的变化量进行奇次幂变换，构造测距信号；寻找测距信号的第一个波头以及第二个波头，利用所述两个波头的时间差计算出故障距离，对测距结果进行校验。还提供了一种直流输电线路测距系统。本发明仅利用单端量，不需要同步对时，抗噪声能力强，可准确进行测距。

Description

一种直流输电线路测距方法及系统

技术领域

本发明涉及一种直流输电线路测距方法及系统，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

我国能源和负荷东西分布不均匀，西北的风电、光伏发电和西南的水电等清洁能源大部分输送到东部负荷中心。高压直流输电具有输送容量大，输送距离远；输电杆塔结构简单，输电走廊窄，输电线路少，输电损耗小，等独特优势，特别是在清洁能源输电中直流输电可实现异步联网等优势被广泛应用。在高压直流输电过程中主要以架空线路为主，直流输电距离长，输电线路分布在不同的地形和环境气候中，这致使高压直流输电线路故障率较高。在发生故障后，若能精确测量出故障距离，可以指导运行维护人员快速查找故障点，减少巡线人员的劳动强度，缩短停电时间，避免因长时间停电造成的巨大损失，从而提高电力系统的稳定性。因此精确的测量故障距离对直流输电具有重要意义。

目前故障测距主要有行波法、固有频率法和故障分析法，这三种方法测距原理和特性各不相同，因行波法测距基本不受线路结构、故障类型及过渡电阻等因素影响，其测距精度较高，但行波法难点为准确识别电压波头。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种直流输电线路测距方法及系统，利用单端数据进行故障测距，可以实现精确测量故障距离，旨在解决现有直流输电线路高阻故障时故障测距不可靠、故障测距时间过长和测距不能测量线路全长的问题。

本发明的技术方案是：一种直流输电线路测距方法，具体步骤为：

Step1：采集线路单端所获得的电压信号并计算电压信号的变化量。

Step2：对所述电压信号的变化量进行奇次幂变换，构造测距信号。

Step3：寻找所述测距信号的第一个波头以及第二个波头，利用所述两个波头的时间差计算出故障距离。

Step4：对测距结果进行校验。

所述Step1具体为：

Step1.1：采集线路单端的电压信号，不需要同步对时。

Step1.2：对采集到的电压信号进行模数变换，将模拟信号变换成数字信号。

Step1.2：对采集到的电压信号进行差分滤波变换，得到电压信号的变化量，所述差分滤波变换包括前向差分和后向差分。

所述前向差分为：

Δy_d(i)＝x(i+1)-x(i)

所述后向差分为：

y_d(i)＝x(i)-x(i+1θ

其中，Δy_d(i)表示第i个采样点的前向差分值，y_d(i)表示第i个采样点的后向差分值，x(i+1)表示第i+1个采样值，x(i)表示第i个采样值。

所述Step2具体为：对电压信号的变化量进行幂变换。

其中，

表示第i个测距信号，y_d(i)表示第i个采样点的差分值，a表示能量指标，取奇数。

所述Step3具体为：

Step3.1：寻找第一个波头的时刻记为t₀，第二个波头的时刻记为t₁。

Step3.2：利用所述两个波头的时间差，通过行波法测距公式计算出故障距离Xk：

式中，Xk为测量距离，v为波速，t1为第一个波头到达测量点的时刻，t0为第二个波头到达测量点的时刻。

所述Step4具体为：

Step4.1：计算测量端的初始电压信号第一个波头斜率的绝对值记为K1，计算对端初始电压信号第一个波头斜率的绝对值记为K2。

Step4.2：判断K1是否大于K2。

若是，则测量端到故障点的距离为Xf＝Xk。

若否，则测量端到故障点的距离为Xf＝L-Xk，L为线路的全长。

本发明还提供一种直流输电线路测距系统，包括：

数据采集模块，用于采集线路单端所获得的电压信号。

数值计算模块，用于计算电压信号的变化量，计算电压变换量的奇次幂，计算故障距离，计算首波头斜率的绝对值。

逻辑判断模块，用于判断测量端与对端的第一个波头斜率的绝对值的大小。

所述数据采集模块具体包括：

数据采集单元，用于从传感器和其它测量设备等被测单元中实时采集直流输电线路电压信号。

模数变换单元，用于将采集到的模拟信号变换成数字信号。

所述数值计算模块具体包括：

数值计算单元1，用于计算电压信号的变化量。

数值计算单元2，用于计算电压变换量的奇次幂运算。

数值计算单元3，用于计算故障距离。

数值计算单元4，用于计算测量端与对端电压信号首波头斜率的绝对值。

本发明的有益效果是：本发明利用单端数据进行故障测距，具有算法简单、测距可以测量线路的全长，测距成本低，且不需要同步对时、抗噪声能力强，抗过渡电阻能力强，对高阻接地故障也能精确定位等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在没有实施创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的步骤流程图；

图2是本发明Step1具体步骤流程图；

图3是本发明整流侧和逆变侧测量到的电压波形图；

图4是本发明前向差分得到的波形图；

图5是本发明Step3具体步骤流程图；

图6是本发明测距信号图；

图7是本发明Step4具体步骤流程图；

图8是本发明一种直流输电线路测距系统图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：首先在PSCAD/EMTDC搭建直流输电线路模型，线路长度为1500km，电压等级为±800kV，采样频率为1MHz。设置400km处发生高阻相间短路故障。

如图1所示，一种直流输电线路测距方法，包括

Step1：采集线路单端所获得的电压信号并计算电压信号的变化量。

Step2：对所述电压信号的变化量进行奇次幂变换，构造测距信号。

Step3：寻找所述测距信号的第一个波头以及第二个波头，利用所述两个波头的时间差计算出故障距离。

Ste,4：对测距结果进行校验。

如图2所示，Step1具体包括：

Step1.1：采集线路单端的电压信号，电压信号为采集到的电压信号。采集单端信号，不需要同步对时。本实施例整流侧和逆变侧测量到的电压波形如图3所示。

Step1.2：采集到的电压信号进行模数变换，将模拟信号变换成数字信号。

Step1.3：对采集到的电压信号进行差分滤波变换，得到电压信号的变化量。前向差分计算公式为：

Δy_d(i)＝x(i+1)-x(i)

后向差分计算公式为：

y_d(i)＝x(i)-x(i+1)

其中，Δy_d(i)表示第i个采样点的前向差分值，y_d(i)表示第i个采样点的后向差分值，x(i+1)表示第i+1个采样值，x(i)表示第i个采样值。

本实施例采用前向差分，前向差分得到的结果如图4所示。

进一步的，Step2中：

对电压信号的变化量进行幂变换。

其中：

表示第i个测距信号。Δy_d(i)表示第i个采样点的前向差分值。a表示能量指标，取奇数。本实施例能量指标a取为3。

进一步的，如图5所示Step3中：

Step3.1：寻找第一个电压波头,记录此时为t₀,寻找第二个电压波头，记录此时为t₁。如图6所示，从图中可以看出t₀时刻为18703，t₁时刻为21392。

Step3.2：利用行波法测距公式可测量出距离Xk

式中：Xk为测量距离，v为波速取为0.298km/us，t1为第二个波头到达测量点的时刻，t0为第一个波头到达测量点的时刻。

本实施例计算Xk：

进一步，如图7所示Step4中：

Step4.1：计算测量端的初始电压信号第一个波头斜率的绝对值记为K1，计算对端初始电压信号第一个波头斜率的绝对值记为K2。

Step4.2：判断K1是否大于K2。若是，则测量端到故障点的距离为Xf＝Xk，若否，则测量端到故障点的距离为Xf＝L-Xk，L为线路的全长。本实施例通过计算得K1>K2,所以Xf＝Xk＝400.661km。

所以本实施例的测距结果为400.661km，与实际距离相差0.661km，测距较精确。

实施例2，如图8所示，一种直流输电线路测距系统，包括：

数据采集模块101，用于采集线路单端所获得的电压信号。

数值计算模块201，用于计算电压信号的变化量，计算电压变换量的奇次幂，计算故障距离，计算首波头斜率的绝对值。

逻辑判断模块301，用于判断测量端与对端的第一个波头斜率的绝对值的大小。

其中，所述的一种直流输电线路测距方法及系统，其特征在于，所述数据采集模块具体包括：

数据采集单元1011，用于从传感器和其它测量设备等被测单元中实时采集直流输电线路电压信号。

模数变换单元1012，用于将采集到的模拟量信号的瞬时值变换成数字量信号的数字值。

其中，所述的一种直流输电线路测距方法及系统，其特征在于，所述数值计算模块具体包括：

数值计算单元2011，用于计算电压信号的变化量。

数值计算单元2012，用于计算电压变换量的奇次幂运算。

数值计算单元2013，用于计算故障距离。

数值计算单元2014，用于计算测量端与对端电压信号首波头斜率的绝对值。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种直流输电线路测距方法，其特征在于：

Step1：采集线路单端所获得的电压信号并计算电压信号的变化量；

Step2：对所述电压信号的变化量进行奇次幂变换，构造测距信号；

Step3：寻找所述测距信号的第一个波头以及第二个波头，利用所述两个波头的时间差计算出故障距离；

Step4：对测距结果进行校验。

2.根据权利要求1所述的直流输电线路测距方法，其特征在于所述Step1具体为：

Step1.1：采集线路单端的电压信号；

Step1.2：对采集到的电压信号进行差分滤波变换，得到电压信号的变化量，所述差分滤波变换包括前向差分和后向差分；

所述前向差分为：

Δy_d(i)＝x(i+1)-x(i)

所述后向差分为：

y_d(i)＝x(i)-x(i+1)

其中，Δy_d(i)表示第i个采样点的前向差分值，y_d(i)表示第i个采样点的后向差分值，x(i+1)表示第i+1个采样值，x(i)表示第i个采样值。

3.根据权利要求1所述的直流输电线路测距方法，其特征在于所述Step2具体为：对电压信号的变化量进行幂变换；

其中，

表示第i个测距信号，y_d(i)表示第i个采样点的差分值，a表示能量指标，取奇数。

4.根据权利要求1所述的直流输电线路测距方法，其特征在于所述Step3具体为：

Step3.1：寻找第一个波头的时刻记为t₀，第二个波头的时刻记为t₁；

Step3.2：利用所述两个波头的时间差，通过行波法测距公式计算出故障距离Xk：

式中，Xk为测量距离，v为波速，t1为第一个波头到达测量点的时刻，t0为第二个波头到达测量点的时刻。

5.根据权利要求1所述的直流输电线路测距方法，其特征在于所述Step4具体为：

Step4.1：计算测量端的初始电压信号第一个波头斜率的绝对值记为K1，计算对端初始电压信号第一个波头斜率的绝对值记为K2；

Step4.2：判断K1是否大于K2；

若是，则测量端到故障点的距离为Xf＝Xk；

若否，则测量端到故障点的距离为Xf＝L-Xk，L为线路的全长。

6.一种直流输电线路测距系统，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于采集线路单端所获得的电压信号；

数值计算模块，用于计算电压信号的变化量，计算电压变换量的奇次幂，计算故障距离，计算首波头斜率的绝对值；

逻辑判断模块，用于判断测量端与对端的第一个波头斜率的绝对值的大小。

7.根据权利要求6所述的直流输电线路测距系统，其特征在于，所述数据采集模块具体包括：

数据采集单元，用于从传感器和其它测量设备等被测单元中实时采集直流输电线路电压信号；

模数变换单元，用于将采集到的模拟信号变换成数字信号。

8.根据权利要求6所述的直流输电线路测距系统，其特征在于，所述数值计算模块具体包括：

数值计算单元1，用于计算电压信号的变化量；

数值计算单元2，用于计算电压变换量的奇次幂运算；

数值计算单元3，用于计算故障距离；

数值计算单元4，用于计算测量端与对端电压信号首波头斜率的绝对值。

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